(57)【要約】【課題】スミア特性及び光感度特性を向上させることが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供する。【解決手段】半導体基板１１と、半導体基板１１に２次元状に配置された複数の光電変換素子１３と、光電変換素子１３で生じた信号電荷を転送する第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａと、第２の転送電極膜１５Ａが単層で形成された部分において、第２の転送電極膜１５Ａの上方に配置されたカーボン系のブラックフィルタ層２１と、第１の転送電極１５及び第２の転送電極膜１５Ａが積層された部分において、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの上方に配置された顔料系のブラックフィルタ層２０とを備える。【選択図】図１
2007324481.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２次元状に配置された複数の光電変換素子と、
前記光電変換素子で生じた信号電荷を転送する単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極と、
前記単層構造の転送電極の上方に配置された第１遮光膜と、
前記第１遮光膜よりも薄い膜厚を有し、前記積層構造の転送電極の上方に配置された第２遮光膜とを備える
ことを特徴とする固体撮像装置。
【請求項２】
前記第１遮光膜は、第１材料から構成される第１層と前記第１材料と異なる第２材料から構成される第２層とを含む積層構造を有し、
前記第２遮光膜は、前記第１層のみを含む単層構造を有する
ことを特徴とする請求項１記載の固体撮像装置。
【請求項３】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に順次配置された、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを備え、
前記第１層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項４】
前記固体撮像装置は、さらに、
前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に順次配置された、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを備え、
前記第２層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置される
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項５】
前記第２層の膜厚は、前記単層構造の転送電極の膜厚と前記積層構造の転送電極の膜厚との差に略一致する
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項６】
前記第１層は、前記第２層上に形成され、
前記第１層の幅は、前記第２層の幅と等しいか、それよりも狭い
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項７】
前記第２材料は、複数の顔料を混合させて形成される、感光性を備えた黒色顔料分散型カラーレジストである
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項８】
前記第１材料は、カーボンを含み、感光性を備えた黒色着色レジストである
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項９】
前記第２材料の光透過率は、可視光領域において前記第１材料の光透過率よりも高い
ことを特徴とする請求項２記載の固体撮像装置。
【請求項１０】
２次元状に配置されるように、半導体基板に複数の光電変換素子を形成する素子形成工程と、
前記半導体基板上に、前記光電変換素子で生じた信号電荷を転送する単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極を形成する電極形成工程と、
前記単層構造の転送電極の上方に、第１遮光膜を形成する第１遮光膜形成工程と、
前記積層構造の転送電極の上方に、前記第１遮光膜よりも薄い膜厚を有する第２遮光膜を形成する第２遮光膜形成工程とを含む
ことを特徴とする固体撮像装置の製造方法。
【請求項１１】
前記第１遮光膜は、第１材料から構成される第１層と前記第１材料と異なる第２材料から構成される第２層とを含む積層構造を有し、
前記第２遮光膜は、前記第１層のみを含む単層構造を有する
ことを特徴とする請求項１０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１２】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを順次形成する積層工程を備え、
前記第１層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置される
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１３】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを順次形成する積層工程を備え、
前記第２層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置される
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１４】
前記第２層の膜厚は、前記単層構造の転送電極の膜厚と前記積層構造の転送電極の膜厚との差に略一致する
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１５】
前記第１層は、前記第２層上に形成され、
前記第１層の幅は、前記第２層の幅と等しいか、それよりも狭い
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１６】
前記第２材料は、複数の顔料を混合させて形成される、感光性を備えた黒色顔料分散型着色レジストである
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１７】
前記第１材料は、カーボンを含み、感光性を備えた黒色着色レジストである
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１８】
前記第２材料の光透過率は、可視光領域において前記第１材料の光透過率よりも高い
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項１９】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
マイクロレンズを形成するレンズ形成工程を含み、
前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを使用して前記第１層を形成する
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２０】
前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、同一のフォトマスクを使用して前記第１層及び前記第２層を形成する
ことを特徴とする請求項１１記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２１】
前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、
マイクロレンズを形成するレンズ形成工程を含み、
前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを使用して前記第１層及び前記第２層を形成する
ことを特徴とする請求項２０記載の固体撮像装置の製造方法。
【請求項２２】
前記第１層及び前記第２層は、ネガ型レジストで構成され、
前記マイクロレンズは、ポジ型レジストで構成される
ことを特徴とする請求項１１〜２１のいずれか１項に記載の固体撮像装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に関し、特に積層構造及び単層構造の転送電極を有する固体撮像装置及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に、入射光をプリズム等により３原色に分離し、色毎の信号を取得する３板式固体撮像装置がある（例えば特許文献１を参照）。このような固体撮像装置は、遮光膜、及びマイクロレンズ等で構成される。以下に、遮光膜と、マイクロレンズとを有する従来の固体撮像装置の構造について簡単に説明する。
【０００３】
従来の遮光膜及びマイクロレンズを有する固体撮像装置は、半導体基板に設けられた複数の光電変換素子と、光電変換素子に蓄積された信号電荷を転送するための転送レジスタとを備える。転送レジスタは、水平転送レジスタ及び垂直転送レジスタから構成され、層間絶縁膜を介して半導体基板上に形成された複数層の転送電極膜を有する。これら複数の転送電極膜は一般にポリシリコン膜等で構成される。また、これら複数の転送電極膜は、光電変換素子を囲む上面パターンを形成するように配置され、一部が重なり合うように形成されている。
【０００４】
図１３は、上記固体撮像装置における転送電極膜、絶縁膜、遮光膜及び表面保護膜の層構造を示す断面図である。図１３（Ａ）は２次元状に配置された各画素を水平方向に切断して得られた断面図であり、図１３（Ｂ）は各画素を垂直方向に切断して得られた断面図である。
【０００５】
前述した光電変換素子１３や転送レジスタは、半導体基板１１中に埋め込まれる形で形成され、さらに半導体基板１１上には、ゲート絶縁膜１４を介しポリシリコン膜等から形成される２層の第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが選択的に形成されている。また、前述した第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａを覆うように、第１層間絶縁膜１６を介してタングステン等の金属膜から構成される金属遮光膜１７が選択的に形成されている。金属遮光膜１７と、アルミニウム膜等から形成される配線部（省略）、及びボンディングパッド部（省略）との間には、金属遮光膜１７と配線部及びボンディングパッド部とを分離する絶縁膜が形成されている。さらに、金属遮光膜１７上には、半導体基板１１全面にわたって第２層間絶縁膜１８が形成されている。このとき、ボンディングパット部（省略）上の第２層間絶縁膜１８の一部は除去されている。
【０００６】
さらに、第２層間絶縁膜１８上には透明平坦化膜２４及び透明膜１９が形成されている。この透明膜１９上には、光電変換素子１３以外の部分への光の入射を防止し、かつ金属遮光膜１７からの乱反射を防止するために、遮光膜３０が選択的に配置されている。
【０００７】
遮光膜３０上には、遮光膜３０を部分的に形成したことにより生じた表面の段差を解消するために、透明膜から形成される透明平坦化膜２２が形成されている。透明平坦化膜２２上には、入射光を光電変換素子１３に効率良く集光させるために、透明膜から構成されるマイクロレンズ２３が各光電変換素子１３上方に位置するように配置されている。
【０００８】
上記構造を有する固体撮像装置では、ゲート絶縁膜１４を介して集光された光を電荷信号に変換する光電変換素子１３が半導体基板１１内に形成され、その電荷信号を水平転送及び垂直転送するために構造の異なる第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが半導体基板１１上に形成されている。
【０００９】
図１４（Ａ）は第１の転送電極膜１５の配線パターンの構成を４画素分示す平面図であり、図１４（Ｂ）は第２の転送電極膜１５Ａの配線パターンの構成を４画素分示す平面図である。図１５は第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａを重ねたときの、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの配線パターンの構成を４画素分示す平面図である。
【００１０】
上記固体撮像装置では、図１５に示されるように、第２の転送電極膜１５Ａが単層で形成された部分（単層転送電極部）Ｅと、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが２層積層された部分（積層転送電極部）Ｄとが第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの形成されていない開口部Ｃを囲むように形成されている。つまり、平面視で格子状の配線パターンが形成されるように第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが形成されている。開口部Ｃを除く第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが形成された部分の上には、第１層間絶縁膜１６を介しタングステン等からなる金属遮光膜１７が形成され、さらに金属遮光膜１７上には、前記記載の通り、絶縁膜、アルムニウム電極（省略）、及び第２層間絶縁膜１８が順次積層されている。
【００１１】
図１６は、透明平坦化膜２４下方に位置する部分の層構造を示す断面図である。図１６（Ａ）は図１５の領域Ａに対応する部分の断面図（図１５のＹ−Ｙ’線における断面図）を示し、図１６（Ｂ）は図１５の領域Ｂに対応する部分の断面図（図１５のＸ−Ｘ’線における断面図）を示している。
【００１２】
図１６（Ａ）、（Ｂ）は第１の転送電極膜１５及び第１層間絶縁膜１６の厚さ分が単層転送電極部Ｅと積層転送電極部Ｄとの膜厚差となることを示している。
【００１３】
以上のように上記固体撮像装置では、透明平坦化膜２２、２４により表面を平坦化しない場合には、構成上の特徴から膜厚の異なる部分が形成される。具体的には、開口部Ｃ、単層転送電極部Ｅ、及び積層転送電極部Ｄ等の高さの異なる領域が形成される。このとき、必要とする分光透過率特性を得るためには遮光膜３０はある程度の膜厚が必要となるため、遮光膜３０の膜厚は厚くなる。よって、表面に大きな段差が生じるため、マイクロレンズ２３を格子状パターンの全領域で寸法精度良く形成することができない。しかしながら、上記固体撮像装置では、透明平坦化膜２２で高さの低い部分を埋め込み、高さの異なる部分を最も高さの高い部分に合わせているため、段差は生じず、マイクロレンズ２３を寸法精度良く形成することができる。
【００１４】
しかしながら、上記固体撮像装置では、遮光膜３０と光電変換素子１３との間には、透明平坦化膜２２、２４が位置することとなるため、遮光膜３０と光電変換素子１３との間の距離が長くなる。その結果、光電変換素子１３への入射光の光量が減少し、光感度特性の低下が生じる。
【００１５】
ここで、特許文献２に記載の固体撮像装置では、上記段差及び光感度特性の問題を解消すべく、図１７、１８の固体撮像装置の断面図に示すように、Ａｌ膜等から形成される金属遮光膜１７を覆う透明平坦化膜２４の、光電変換素子１３上方に位置する領域を除く領域に溝を掘り、この溝にブラックフィルタ層から形成される遮光膜３０を埋め込む構造が採用されている。これにより、段差の問題を解消すると共に、金属遮光膜１７とブラックフィルタ層から構成される遮光膜３０との間の距離を短くして光感度特性の問題も解決することができる。また、ブラックフィルタ層で構成される遮光膜３０の幅を広くして金属遮光膜１７からの乱反射を抑制し、さらにマイクロレンズ２３周辺に入射する光を効率良く光電変換素子１３に集光することができる。
【特許文献１】特許第３１２８８５１号
【特許文献２】特開平６−１２５０７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
ところで、金属遮光膜１７を覆う透明平坦化膜２４の、光電変換素子１３上方に位置する領域を除く領域に溝を掘り、この溝にブラックフィルタ層から構成される遮光膜３０を埋め込む構造により、金属遮光膜１７とブラックフィルタ層から構成される遮光膜３０との距離を短くした従来の固体撮像装置は、次のような課題を有している。
【００１７】
すなわち第１に、この固体撮像装置では、図１７（Ａ）、図１７（Ｂ）の固体撮像装置の断面図に示すように、マイクロレンズ２３周辺部に入射した光の金属遮光膜１７からの乱反射を抑制するために、遮光膜３０の幅を広く形成すると、入射光が遮光膜３０で吸収されてしまい光電変換素子１３まで到達できなくなる。その結果、固体撮像装置の特性である光感度特性の低下が生じる。
【００１８】
第２に、この固体撮像装置では、遮光膜３０の幅を狭くすると、画素部周辺に入射した光が金属遮光膜１７で乱反射されるため、光感度のバラツキが発生したり、スミア特性が悪化したりする。
【００１９】
第３に、図１８（Ａ）、図１８（Ｂ）の固体撮像装置の断面図に示すように、入射光が光電変換素子１３の表面に対して斜めを向いていた場合も同様に、遮光膜３０で光が吸収されてしまい、光電変換素子１３まで到達できなくなる。その結果、固体撮像装置の特性である光感度特性の低下が生じる。
【００２０】
第４に、遮光膜３０を構成する材料として顔料系のブラックレジストを使用した場合、十分な遮光特性を得るためにはその膜厚が十分に厚くなるように塗布を行わなければならず、必要とする遮光膜３０の格子幅の寸法を精度良く形成することが困難となる。すなわち、遮光膜３０の塗布膜厚を変化させたときの透過分光特性を示す図１９にあるように、遮光膜３０の塗布膜厚が薄い場合（透過分光特性Ｂ、Ｃ）には、遮光膜３０により十分な遮光性が得られず、遮光膜３０の塗布膜厚を１μｍ以上と十分に厚くした場合（透過分光特性Ａ）には、理想とする遮光性が得られる。この場合（透過分光特性Ａ）での塗布膜厚は１μｍ以上となり、必要としている１μｍ付近での格子幅を精度良く形成することは困難を伴う。
【００２１】
このとき、遮光膜３０を構成する材料としてカーボン系のブラックレジストを使用することで、塗布膜厚の薄膜化が可能となる。しかしながら、遮光膜３０を構成する材料としてカーボン系のブラックレジストを使用した場合、遮光膜３０の密着力が弱くなるため、下地材料が限定され、また密着力を強めるために露光量の増加が必要となり処理時間の増加を伴う。また、遮光膜３０を構成する材料としてカーボン系のブラックレジストを使用した場合、遮光膜３０の遮光性が高いためマスク合わせ工程において必要とする信号波形が得られ難く、作業性の低下を招く可能性が高くなる。図２０はカーボン系のブラックレジストから構成される遮光膜３０の塗布膜厚を変化させたときの透過分光特性を示したものである。この透過分光率特性は、遮光膜３０の塗布膜厚が極めて薄い場合（透過分光特性Ｆ）以外は使用可能な透過分光特性となることを示している。
【００２２】
第５に、光電変換素子１３とマイクロレンズ２３との間に、遮光膜３０を形成するための透明平坦化膜２４と、遮光膜３０を覆う透明平坦化膜２２とを形成するため、必然的に光電変換素子１３からマイクロレンズ２３までの距離が長くなる。その結果、入射光の集光力が弱まり、光感度特性の低下が生じる。
【００２３】
第６に、透明平坦化膜２４の光電変換素子１３上方に位置する領域を除く領域に高い位置精度で溝を形成しなければならないため、製造工程が複雑になる。
【００２４】
そこで、本発明は、かかる問題点に鑑み、スミア特性及び光感度特性を向上させることが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することを第１の目的とする。
【００２５】
また、高い寸法精度で遮光膜を形成することが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することを第２の目的とする。
【００２６】
また、製造工程を簡素にすることが可能な固体撮像装置及びその製造方法を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２７】
上記目的を達成するために、本発明による固体撮像装置は、２次元状に配置された複数の光電変換素子と、前記光電変換素子で生じた信号電荷を転送する単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極と、前記単層構造の転送電極の上方に配置された第１遮光膜と、前記第１遮光膜よりも薄い膜厚を有し、前記積層構造の転送電極の上方に配置された第２遮光膜とを備えることを特徴とする。
【００２８】
これによって、単層構造の転送電極上には厚膜の第１遮光膜が形成され、積層構造の転送電極上には薄い膜厚の第２遮光膜が形成される。よって、単層構造の転送電極と積層構造の転送電極との膜厚差により生じる段差を解消するために、第１遮光膜及び第２遮光膜と転送電極との間に平坦化膜を設ける必要が無くなる。その結果、転送電極上に形成される金属遮光膜と第１遮光膜及び第２遮光膜との距離が短くなるので、金属遮光膜からの乱反射が抑制され、感度バラツキ、スミア特性が向上する。また、第１遮光膜及び第２遮光膜上に形成されるマイクロレンズと転送電極下に形成される光電変換素子との距離が短くなるので、光感度特性が向上する。また、平坦化膜を設ける必要が無くなるので、工数が削減され、製造工程が簡素になる。
【００２９】
ここで、前記第１遮光膜は、第１材料から構成される第１層と前記第１材料と異なる第２材料から構成される第２層とを含む積層構造を有し、前記第２遮光膜は、前記第１層のみを含む単層構造を有してもよい。また、前記第２材料は、複数の顔料を混合させて形成される、感光性を備えた黒色顔料分散型着色レジストであってもよいし、前記第１材料は、カーボンを含み、感光性を備えた黒色着色レジストであってもよい。
【００３０】
これによって、遮光性の高いカーボン系ブラックフィルタが第１遮光膜及び第２遮光膜に採用されるので、フレア特性が改善される。また、第１遮光膜は、顔料系のブラックフィルタ及びカーボン系のブラックフィルタの積層構造を有する。よって、マスクアライメント時におけるマスク合わせズレが無くなり、アライメントエラーが改善されるので、作業性が向上する。また、第１遮光膜及び第２遮光膜を薄膜化することができるので、高い寸法精度で第１遮光膜及び第２遮光膜を形成することが可能となる。
【００３１】
また、前記固体撮像装置は、さらに、前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に順次配置された、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを備え、前記第１層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置されてもよいし、前記固体撮像装置は、さらに、前記単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極の上方に順次配置された、絶縁膜、金属遮光膜、平坦化膜及びマイクロレンズを備え、前記第２層は、前記金属遮光膜と前記平坦化膜との間に配置されてもよい。
【００３２】
これによって、第１遮光膜及び第２遮光膜とマイクロレンズとの間には、平坦化膜が形成される。よって、マイクロレンズ下の平坦性が向上するので、より高い精度で均一な形状のマイクロレンズを形成することが可能となる。
【００３３】
また、前記第１層は、前記第２層上に形成され、前記第１層の幅は、前記第２層の幅と等しいか、それよりも狭くてもよい。
【００３４】
これによって、カーボン系のブラックフィルタに比べ密着力に優れた顔料系のブラックフィルタが下層として形成されるので、カーボン系のブラックフィルタの密着強度が増し、固体撮像装置の信頼性、収率の向上が期待できる。
【００３５】
また、本発明は、２次元状に配置されるように、半導体基板に複数の光電変換素子を形成する素子形成工程と、前記半導体基板上に、前記光電変換素子で生じた信号電荷を転送する単層構造の転送電極及び積層構造の転送電極を形成する電極形成工程と、前記単層構造の転送電極の上方に、第１遮光膜を形成する第１遮光膜形成工程と、前記積層構造の転送電極の上方に、前記第１遮光膜よりも薄い膜厚を有する第２遮光膜を形成する第２遮光膜形成工程とを含むことを特徴とする固体撮像装置の製造方法とすることもできる。
【００３６】
これによって、転送電極上に形成される金属遮光膜と第１遮光膜及び第２遮光膜との距離が短くなるので、金属遮光膜からの乱反射が抑制され、感度バラツキ、スミア特性が向上する。また、第１遮光膜及び第２遮光膜上に形成されるマイクロレンズと転送電極下に形成される光電変換素子との距離が短くなるので、光感度特性が向上する。また、平坦化膜を設ける必要が無くなるので、工数が削減され、製造工程が簡素になる。
【００３７】
ここで、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、マイクロレンズを形成するレンズ形成工程を含み、前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを使用して前記第１層を形成してもよい。
【００３８】
これによって、マイクロレンズ形成用のフォトマスクが第１遮光膜及び第２遮光膜形成用のフォトマスクと併用されるので、フォトマスク費用が削減され、製造コストが低減される。
【００３９】
また、前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、同一のフォトマスクを使用して前記第１層及び前記第２層を形成してもよい。また、前記固体撮像装置の製造方法は、さらに、マイクロレンズを形成するレンズ形成工程を含み、前記第１遮光膜形成工程及び前記第２遮光膜形成工程では、前記マイクロレンズを形成するためのフォトマスクを使用して前記第１層及び前記第２層を形成してもよい。
【００４０】
これによって、マイクロレンズ形成用のフォトマスク、第１遮光膜及び第２遮光膜形成用のフォトマスクをそれぞれ用意する必要が無くなる。よって、フォトマスク費用が削減され、製造コストが低減される。
【発明の効果】
【００４１】
本発明の固体撮像装置によれば、工数を削減することができ、製造工程を簡素にすることができる。また、光感度特性を向上させることができる。また、光感度のバラツキを低減し、スミア特性を向上させることができる。また、光感度バラツキの低減、スミア特性の向上に加え、フレア特性を改善させることができる。また、より高精度で均一な形状のマイクロレンズを形成することが可能となる。また、高い寸法精度でブラックフィルタ層を形成することが可能となる。
【００４２】
また、本発明の固体撮像装置の製造方法によれば、工数を削減することができ、製造工程を簡素にすることができる。また、光感度特性を向上させることができる。また、光感度のバラツキを低減し、スミア特性を向上させることができる。また、光感度バラツキの低減、スミア特性の向上に加え、フレア特性を改善させることができる。また、より高精度で均一な形状のマイクロレンズを形成することが可能となる。また、製造時の作業性を向上させることができる。また、固体撮像装置の信頼性、収率を向上させることができる。また、製造コストを低減させることができる。また、高い寸法精度でブラックフィルタ層を形成することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
以下、本発明の実施の形態における固体撮像装置について、図面を参照しながら説明する。
【００４４】
図１（Ａ）は、本実施の形態に係る固体撮像装置の３画素分の層構造を示す断面図（水平方向に切断して得られた断面図）であり、図１（Ｂ）は、同固体撮像装置の３画素分の層構造を示す断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【００４５】
この固体撮像装置１０は、図１４、１５で示した配線パターンと同様の配線パターンの第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａを有する。
【００４６】
この固体撮像装置１０は、第２の転送電極膜１５Ａのみが形成された図１５の領域Ａに対応する部分（単層構造の転送電極が形成された部分）において、図１（Ａ）に示されるような層構造を有する。すなわち、固体撮像装置１０は、第１導電型（例えばＮ型）の半導体基板（例えばＮ型半導体基板）１１と、第２導電型（例えばＰ型）の半導体ウエル（Ｐ型ウエル）層１２と、複数の光電変換素子１３と、ゲート絶縁膜１４と、第２の転送電極膜１５Ａと、第１層間絶縁膜１６と、金属遮光膜１７と、第２層間絶縁膜１８と、透明膜１９と、顔料系のブラックフィルタ層２０と、カーボン系のブラックフィルタ層２１と、透明平坦化膜２２と、マイクロレンズ２３等とから構成されている。
【００４７】
なお、単層で形成された第２の転送電極膜１５Ａは本発明の単層構造の転送電極の一例であり、この第２の転送電極膜１５Ａ上方に配置された顔料系のブラックフィルタ層２０及びカーボン系のブラックフィルタ層２１は、第１遮光膜の一例である。また、カーボン系のブラックフィルタ層２１は本発明の第１層の一例であり、顔料系のブラックフィルタ層２０は本発明の第２層の一例である。
【００４８】
半導体ウエル層１２は、半導体基板１１の表面に形成され、半導体基板１１と逆特性の導電型を有する。複数の光電変換素子１３は、この半導体ウエル層１２の表面に形成された、半導体ウエル層１２と逆特性の導電型の複数の半導体領域であり、平面視でマトリクス状に配列される。ゲート絶縁膜１４は、これら半導体ウエル層１２及び各光電変換素子１３の表面に形成される。
【００４９】
第２の転送電極膜１５Ａは、光電変換素子１３で生じた信号電荷を転送する。第２の転送電極膜１５Ａは、多結晶シリコンからなり、複数の光電変換素子１３を分離するようにその境界領域上方のゲート絶縁膜１４の上に形成される。第１層間絶縁膜１６は、この第２の転送電極膜１５Ａを絶縁被覆するように、第２の転送電極膜１５Ａ表面に形成される。金属遮光膜１７は、タングステン等からなり、第１層間絶縁膜１６を介して第２の転送電極膜１５Ａを覆うように、第１層間絶縁膜１６上に形成される。
【００５０】
金属遮光膜１７は、光電変換素子１３の上方にのみ開口部が形成されるように、つまり平面視で格子状のパターンが形成されるように、半導体基板１１全面に形成される。第２層間絶縁膜１８は、金属遮光膜１７及びゲート絶縁膜１４の表面を被覆するように形成され、例えば熱フロー処理されたＢＰＳＧ膜（ホウ素-リンケイ酸ガラス）と、アルミ配線（省略）の形成後に形成されるＳｉＯＮ膜等とからなる。透明膜１９は、第２層間絶縁膜１８上に形成される。
【００５１】
顔料系のブラックフィルタ層２０は、複数の顔料を混合させて形成される感光性を備えた黒色顔料分散型着色レジストから構成され、第２の転送電極膜１５Ａ上方にのみ形成される。顔料系のブラックフィルタ層２０の膜厚は、第１の転送電極膜１５の膜厚と略一致する。カーボン系のブラックフィルタ層２１は、可視光領域において黒色顔料分散型着色レジストよりも光透過率が低い、カーボンを含む感光性を備えた黒色着色レジストから構成され、顔料系のブラックフィルタ層２０上に形成される。カーボン系のブラックフィルタ層２１の幅は顔料系のブラックフィルタ層２０の幅と等しいかそれよりも狭く、カーボン系のブラックフィルタ層２１の膜厚は顔料系のブラックフィルタ層２０の膜厚よりも薄い。透明平坦化膜２２は、これら顔料系のブラックフィルタ層２０及びカーボン系のブラックフィルタ層２１上に形成される。マイクロレンズ２３は、透明平坦化膜２２上に形成される。
【００５２】
また、この固体撮像装置１０は、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａが積層された図１５の領域Ｂに対応する部分（積層構造の転送電極が形成された部分）において、図１（Ｂ）に示されるような層構造を有する。すなわち、固体撮像装置１０は、半導体基板１１と、半導体ウエル層１２と、複数の光電変換素子１３と、ゲート絶縁膜１４と、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａと、第１層間絶縁膜１６と、金属遮光膜１７と、第２層間絶縁膜１８と、透明膜１９と、カーボン系のブラックフィルタ層２１と、透明平坦化膜２２と、マイクロレンズ２３等とから構成されている。
【００５３】
なお、積層された第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａは本発明の積層構造の転送電極の一例であり、この第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａ上方に配置されたカーボン系のブラックフィルタ層２１は、第２遮光膜の一例である。
【００５４】
第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａは、光電変換素子１３で生じた信号電荷を転送する。第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａは、多結晶シリコンからなり、複数の光電変換素子１３を分離するようにその境界領域上方のゲート絶縁膜１４上に順次形成される。第１層間絶縁膜１６は、この第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａを絶縁被覆するように、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａ表面に形成される。金属遮光膜１７は、タングステン等からなり、第１層間絶縁膜１６を介して第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａを覆うように、第１層間絶縁膜１６上に形成される。
【００５５】
カーボン系のブラックフィルタ層２１は、カーボンを含む感光性を備えた黒色着色レジストから構成され、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの上方にのみ形成される。カーボン系のブラックフィルタ層２１の幅は顔料系のブラックフィルタ層２０の幅と等しいかそれよりも狭く、カーボン系のブラックフィルタ層２１の膜厚は顔料系のブラックフィルタ層２０の膜厚よりも薄い。透明平坦化膜２２は、このカーボン系のブラックフィルタ層２１の上に形成される。
【００５６】
ここで、カーボン系のブラックフィルタ層２１は、積層構造の転送電極が形成された部分、及び単層構造の転送電極が形成された部分の両方で、第２の転送電極膜１５Ａの上方にのみ位置するように形成されるため、平面視で格子状のパターンを形成する。
【００５７】
また、積層構造の転送電極が形成された部分では、単層構造のブラックフィルタ層が顔料系のブラックフィルタ層２０により形成され、単層構造の転送電極が形成された部分では、積層構造のブラックフィルタ層がカーボン系のブラックフィルタ層２１及び顔料系のブラックフィルタ層２０により形成される。よって、積層構造の転送電極が形成された部分のブラックフィルタ層の膜厚は、顔料系のブラックフィルタ層２０の膜厚分だけ、単層構造の転送電極が形成された部分のブラックフィルタ層の膜厚よりも薄くなる。そしてその差は、積層構造の転送電極と単層構造の転送電極との膜厚差、つまり第１の転送電極膜１５の膜厚と略一致する。
【００５８】
また、顔料系のブラックフィルタ層２０は、顔料系のブラックフィルタ層２０の密着性を向上させるアクリル系の熱硬化型透明樹脂を第２層間絶縁膜１８上に塗布し、その上に２層電極層の厚さ（第１層間絶縁膜１６、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの総膜厚）から単層電極層の厚さ（第１層間絶縁膜１６及び第２の転送電極膜１５Ａの総膜厚）を差し引いた膜厚に相当する顔料系のブラックレジストを塗布した後、図１５で示す積層転送電極部Ｄに形成された部分を残すように設計されたフォトマスクを用い、露光、現像処理を施すことにより形成される。
【００５９】
また、カーボン系のブラックフィルタ層２１は、カーボン系のブラックレジストを塗布した後、図１５で示す開口部Ｃを除いた部分を残すように設計されたフォトマスクを用い、露光、現像処理を施すことにより形成される。
【００６０】
また、透明平坦化膜２２は、カーボン系のブラックフィルタ層２１で囲まれた図１５で示す開口部Ｃを埋め、カーボン系のブラックフィルタ層２１と開口部Ｃの表面を平坦化するために、アクリル系の熱硬化型透明樹脂を複数回塗布後、例えばドライエッチによるエッチバック法等を行うことにより形成される。
【００６１】
また、透明平坦化膜２２を形成した後、感光性を備えたフェノール系の熱硬化型透明樹脂を塗布し、露光、現像処理を施すことにより、所望とする形状のマイクロレンズ２３が形成される。
【００６２】
図２は、上記構造を有する固体撮像装置１０の画素の中央部と周辺部に平行光（半導体基板１１表面に対して垂直な平行光）が入射した状態を示しているものである。図２（Ａ）は画素を水平方向に切断して得られた断面図であり、図２（Ｂ）は画素を垂直方向に切断して得られた断面図である。図３は、同固体撮像装置１０の画素に斜め光（半導体基板１１表面に対して傾いた光）が入射した状態を示しているものである。図３（Ａ）は、画素を水平方向に切断して得られた断面図であり、図３（Ｂ）は画素を垂直方向に切断して得られた断面図である。
【００６３】
図２及び図３と、図１７及び図１８とを比較することにより、本実施の形態の固体撮像装置１０では、マイクロレンズ２３から光電変換素子１３までの距離が短くなり、画素周辺部に入射する光が効率よく光電変換素子１３に集光されるため、光感度特性が向上することがわかる。また、入射光が金属遮光膜１７で乱反射されないため、遮光性が強化されることがわかる。すなわち、感度バラツキ、スミア特性、及びフレア特性が改善されることがわかる。
【００６４】
以上のように、本実施の形態の固体撮像装置によれば、単層構造の転送電極が形成された部分において、カーボン系のブラックフィルタ層２１を形成する前に、第１層間絶縁膜１６、第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａの総膜厚と第１層間絶縁膜１６及び第２の転送電極膜１５Ａの総膜厚との膜厚差に相当するように調整された顔料系のブラックフィルタ層２０が選択的に形成される。よって、カーボン系のブラックフィルタ層２１が形成される部分の表面が一様となるので、ブラックフィルタ層を形成するための平坦化工程が不要になる。その結果、工数を削減することができ、製造工程を簡素にすることができる。また、ブラックフィルタ層下の平坦化膜を省略できるため、マイクロレンズ２３から光電変換素子１３までの距離が短くなる。その結果、ブラックフィルタ層が平坦化膜上に設けられている従来構造に比べて、光電変換素子１３からブラックフィルタ層までの距離が短くなり、透明膜での吸収が軽減されて光電変換素子１３への入射光が増加するので、光感度特性を向上させることができる。また、金属遮光膜１７とブラックフルタ層との距離が短くなり、金属遮光膜１７等で乱反射された迷光がブラックフィルタ層で吸収されやすくなるので、光感度のバラツキを低減し、スミア特性を向上させることができる。
【００６５】
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、ブラックフィルタ層には、カーボン系のブラックフィルタ層２１が用いられる。よって、カーボン系のブラックフィルタ層２１の高い遮光性で金属遮光膜１７からの乱反射が防がれるため、光感度バラツキの低減、スミア特性の向上に加え、フレア特性を改善させることができる。また、ブラックフィルタ層を薄膜化することができるので、高い寸法精度でブラックフィルタ層を形成することが可能となる。
【００６６】
また、本実施の形態の固体撮像装置によれば、ブラックフィルタ層上には、透明平坦化膜２２が形成される。よって、マイクロレンズ２３下の平坦性が向上するので、より高い精度で均一な形状のマイクロレンズを形成することが可能となる。
【００６７】
次に、上記構造を有する固体撮像装置１０の製造方法について、図１、図４〜図８を参照しながら説明する。
【００６８】
まず、図４に示される断面構造に至るまでの製造工程を説明する。すなわち、Ｎ型半導体基板１１の上に順次膜が形成され、第２層間絶縁膜１８が形成されるまでの製造工程を説明する。なお、図４は、単層構造の転送電極が形成された部分における固体撮像装置１０の断面図である。
【００６９】
最初に、例えばＮ型の半導体基板１１上に、この半導体基板１１と逆特性の例えばＰ型の半導体ウエル層１２を形成し、半導体ウエル層１２の表面に複数の例えばＮ型の拡散層（光電変換素子）１３を平面視でマトリクス状に形成する。半導体ウエル層１２及び拡散層（光電変換素子）１３は、フォトリソグラフィ工程、イオン注入工程及び熱拡散工程を繰り返すことにより形成される。
【００７０】
次に、光電変換素子１３の形成が終わると、半導体ウエル層１２及び光電変換素子１３の表面にゲート絶縁膜１４を形成する。その後、積層構造の転送電極が形成される部分において、ゲート絶縁膜１４の上に多結晶シリコンからなる第１の転送電極膜１５を形成する。さらに、第１層間絶縁膜１６を形成後、積層構造及び単層構造の転送電極が形成される部分において、多結晶シリコンからなる第２の転送電極膜１５Ａを形成する。このとき、半導体基板１１の第１の転送電極膜１５が形成された部分においては、第１の転送電極膜１５上に積層されるように第２の転送電極膜１５Ａを形成し、それ以外の部分においては、ゲート絶縁膜１４と接するように第２の転送電極膜１５Ａを形成する。これら第１の転送電極膜１５及び第２の転送電極膜１５Ａは光電変換素子１３と光電変換素子１３との境界領域に形成される。さらにまた、第２の転送電極膜１５Ａの表面を電気的に絶縁した状態で被覆する第１層間絶縁膜１６（第１の転送電極膜１５形成後に形成される第１層間絶縁膜１６と同種類のため同一記述）と、タングステン等からなる金属遮光膜１７とを順次形成する。
【００７１】
次に、金属遮光膜１７の形成が終わると、ゲート絶縁膜１４及び金属遮光膜１７の表面に、例えば熱フローによるＢＰＳＧ膜（ホウ素−リンケイ酸ガラス）や、ＳｉＯＮ膜等を形成する。これによって、第２層間絶縁膜１８が形成される。この時点では、光電変換素子１３を囲む遮光膜上には段差が生じている。
【００７２】
次に、アルミ合金等からなる配線（図示せず）を形成し、その配線を保護するために、例えばＳｉＯＮ膜等を堆積させる。その後、電極取り出し用のボンディングパット（図示せず）を形成する。
【００７３】
上記のような工程により、図４に示した固体撮像装置１０を製造することができる。
次に、図５に示される断面構造に至るまでの製造工程を説明する。すなわち、顔料系のブラックフィルタ層２０が形成されるまでの製造工程を説明する。なお、図５、６は、単層構造の転送電極が形成された部分における固体撮像装置１０の断面図である。
【００７４】
最初に、図６（ａ）に示されるように、顔料系のブラックレジスト及びカーボン系ブラックレジストの密着性を強化させるために、第２層間絶縁膜１８上に例えばアクリル系の熱硬化型透明樹脂を塗布し、例えば２００℃で５分間の熱処理を施し硬化させる。これによって、第２層間絶縁膜１８上に透明膜１９が形成される。その後、ネガ型の顔料系のブラックレジスト１０３を透明膜１９上に塗布する。なお、その他に、密着性を強化させる手段としては、ＨＭＤＳ（ヘキサメチルジシラザン）膜を蒸気塗布し、その上にブラックレジストを連続して塗布する方法もある。
【００７５】
次に、図６（ｂ）に示されるように、単層構造の転送電極が形成された部分、つまり固体撮像装置１０の第１の転送電極膜１５が形成されていない部分に開口が位置し、この部分のみに顔料系のブラックレジスト１０３が残るように設計されたフォトマスク１０４を用いてｉ線光での露光を行う。
【００７６】
次に、図６（ｃ）に示されるように、現像工程を経て顔料系のブラックフィルタ層２０が形成される。このとき、表面からｉ線が届きにくい顔料系のブラックレジスト１０３の深部は基板からの熱による影響と、顔料粒子による乱反射の影響を受けることにより、フォトマスク１０４の寸法に比べ太めに仕上がるため、顔料系のブラックフィルタ層２０の断面形状は台形を示す。
【００７７】
上記のような工程により、図５に示した固体撮像装置１０を製造することができる。
次に、図７に示される断面構造に至るまでの製造工程を説明する。すなわち、カーボン系のブラックフィルタ層２１が形成されるまでの製造工程を説明する。なお、図７、８は、単層構造の転送電極が形成された部分における固体撮像装置１０の断面図である。
【００７８】
最初に、図６で示したように顔料系のブラックフィルタ層２０を形成する。その後、図８（ａ）に示されるように、顔料系のブラックフィルタ層２０上にネガ型のカーボン系のブラックレジスト１０５を塗布する。
【００７９】
次に、図８（ｂ）に示されるように、固体撮像装置１０の光電変換素子１３が形成されていない部分に開口が位置し、この部分のみにカーボン系のブラックレジスト１０５が残るように設計されたフォトマスク１０６を用い、ｉ線光での露光を行う。
【００８０】
次に、図８（ｃ）に示されるように、現像工程を経てカーボン系のブラックフィルタ層２１が形成される。カーボン系のブラックフィルタ層２１は、単層構造の転送電極が形成された部分において顔料系のブラックフィルタ層２０上に積層され、積層構造の転送電極が形成された部分において透明膜１９上に形成される。このとき、カーボン系のブラックフィルタ層２１はフォトマスク１０６の開口とほぼ同じ寸法で仕上がるため、単層構造の転送電極が形成された部分において、顔料系のブラックフィルタ層２０上に乗りかかるように積層される。
【００８１】
上記のような工程により、図７に示した固体撮像装置１０を製造することができる。
次に、図１に示される断面構造に至るまでの製造工程を説明する。すなわち、マイクロレンズ２３が形成されるまでの製造工程を説明する。
【００８２】
最初に、カーボン系のブラックフィルタ層２１を形成後、後で形成するマイクロレンズ２３を精度よく形成するために、例えばアクリル系樹脂を主成分とする熱硬化性の透明樹脂を塗布し、ホットプレートによるベークによって透明樹脂を硬化する処理を複数回繰り返す。
【００８３】
次に、感度向上を目的として光電変換素子１３からマイクロレンズ２３表面までの距離を短くするために、周知のエッチバック法により、透明樹脂の表面がブラックフィルタ層の表面と可能な限り近くなるように、透明樹脂に対してエッチングを施して透明樹脂を薄膜化し、透明平坦化膜２２を形成する。
【００８４】
次に、透明平坦化膜２２表面において、各光電変換素子１３の上方にフェノール系樹脂を主成分とする感光性ポジ型透明レジストを塗布し、露光及び現像（ブリーチング及びベークを含む）工程を経て、上に凸状となるマイクロレンズ２３を形成する。このマイクロレンズ２３は、紫外線照射により光透過率が高められる。なお、マイクロレンズ２３のポストベークは、ブラックフィルタ層の分光特性の劣化を防ぐために、２２０℃以下の処理温度で実行することが望ましい。このとき、マイクロレンズ２３形成のための露光に際しては、カーボン系のブラックフィルタ層２１の形成に用いられたフォトマスク１０６が用いられる。
【００８５】
上記のような工程により、図１に示した固体撮像装置１０を製造することができる。
以上のように、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、第２層間絶縁膜１８表面に平坦化膜を形成すること無く、第２層間絶縁膜１８の単層構造の転送電極が形成されている部分、つまり第１の転送電極膜１５が形成されていない部分上に透明膜１９を介して顔料系のブラックフィルタ層２０を形成し、その後平面視で格子状のカーボン系のブラックフィルタ層２１を形成する。よって、ブラックフィルタ層と金属遮光膜１７との間には平坦化膜が形成されず、金属遮光膜１７とブラックフィルタ層との距離が短くなるので、金属遮光膜１７からの乱反射が抑制され、感度バラツキ、スミア特性が向上する。また、マイクロレンズ２３と光電変換素子１３との距離が短くなるため、光感度が向上する。ブラックフィルタ層を形成するための平坦化工程が不要になるので、工数を削減することができ、製造工程を簡素にすることができる。
【００８６】
また、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、ブラックフィルタ層として遮光性の高いカーボン系ブラックフィルタ層２１が採用されるので、フレア特性が改善される。
【００８７】
また、本実施の形態の固体撮像装置の製造方法によれば、ブラックフィルタ層は、顔料系のブラックフィルタ層２０及びカーボン系のブラックフィルタ層２１の２層積層構造を有する。よって、マスクアライメント時におけるマスク合わせズレが無くなり、アライメントエラーが改善されるので、作業性が向上する。また、カーボン系のブラックフィルタ層２１に比べ密着力に優れた顔料系のブラックフィルタ層２０を下層として形成することで、カーボン系のブラックフィルタ層２１の密着強度が増すので、固体撮像装置の信頼性、収率の向上が期待できる。さらに、マイクロレンズ２３形成時のマイクロレンズ２３用フォトマスクがブラックフィルタ層形成用のフォトマスクと併用されるので、フォトマスク費用が削減され、製造コストが低減される。
【００８８】
なお、本実施の形態の固体撮像装置において、固体撮像装置の単層構造の転送電極が形成されている部分においてのみ、ブラックフィルタ層を２層積層構造で形成するとした。しかし、図９（Ａ）の固体撮像装置１０Ａの断面図（水平方向に切断して得られた断面図）及び図９（Ｂ）の固体撮像装置１０Ａの断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）に示されるように、固体撮像装置１０Ａの転送電極が２層で形成されている部分においても、ブラックフィルタ層を２層積層構造で形成してもよい。
【００８９】
図１０は、図９に示した構造を有する固体撮像装置１０Ａに平行光（半導体基板１１表面に対して垂直な平行光）が入射した状態を示しているものである。図１０（Ａ）は画素を水平方向に切断して得られた断面図であり、図１０（Ｂ）は画素を垂直方向に切断して得られた断面図である。図１１は、同固体撮像装置１０Ａに斜め光（半導体基板１１表面に対して傾いた光）が入射した状態を示しているものである。図１１（Ａ）は画素を水平方向に切断して得られた断面図であり、図１１（Ｂ）は画素を垂直方向に切断して得られた断面図である。
【００９０】
図１０及び図１１と、図１７及び図１８とを比較することにより、図９に示した固体撮像装置１０Ａでは、マイクロレンズ２３から光電変換素子１３までの距離が短くなり、画素周辺部に入射する光が効率良く光電変換素子１３に集光されるため、光感度特性が向上することがわかる。また、入射光が金属遮光膜１７で乱反射されないため、遮光性が強化されることがわかる。すなわち、感度バラツキ、スミア特性、及びフレア特性が改善されることがわかる。
【００９１】
以上のように、図９に示した固体撮像装置１０Ａにおいては、マイクロレンズ及びブラックフィルタ層形成のために、マイクロレンズ２３形成用のフォトマスク、顔料系のブラックフィルタ層２０形成用のフォトマスクとカーボン系のブラックフィルタ層２１形成用のフォトマスクをそれぞれ用意する必要が無くなる。すなわち、固体撮像装置１０Ａでは、マイクロレンズ及びブラックフィルタ層形成のためのフォトマスクが兼用され、必要とされるフォトマスクが１枚となる。よって、フォトマスク費用が削減され、製造コストが低減される。
【００９２】
また、図９に示した固体撮像装置１０Ａにおいては、ブラックフィルタ層は、全遮光領域で顔料系のブラックフィルタ層２０とカーボン系のブラックフィルタ層２１との２層積層構造を有する。よって、単層構造では使用不可能な分光透過率特性となる膜厚のブラックフィルタ層でも、２層構造を採用することにより使用可能な分光透過率特性を得ることができる。
【００９３】
図１２は、それぞれ同じ膜厚を有する、単層構造のカーボン系のブラックフィルタ層、単層構造の顔料系のブラックフィルタ層、及び積層構造のブラックフィルタ層の透過分光特性を示したものである。
【００９４】
図１２から、単層では使用不可能な分光透過率特性となる膜厚のブラックフィルタ層が２層積層構造を採用することにより、十分な分光透過率特性を示すものとなることがわかる。すなわち、顔料系のブラックフィルタ層は単層では分光透過率特性Ｉを示し、カーボン系のブラックフィルタ層は単層では分光透過率特性Ｈを示すため、それぞれ単層では使用不可能な分光透過率特性となるが、顔料系のブラックフィルタ層及びカーボン系のブラックフィルタ層を積層することにより、使用可能な分光透過率特性Ｇが得られることがわかる。
【００９５】
また、カーボン系のブラックフィルタ層を単層で使用すると特性上遮光性が高いため、マスク合わせ工程でアライメントマークの認識ができにくい場合があり、その都度マニュアル処理が必要となるため、作業効率が低下する結果となる。しかしながら、図９に示した固体撮像装置１０Ａにおいては、全遮光領域で顔料系のブラックフィルタ層２０を形成した後、カーボン系ブラックフィルタ層２１を形成するため、アライメントエラーが発生する確率は軽減される。
【００９６】
以上、本発明の実施形態に係る固体撮像装置及びその製造方法について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、本実施の形態に限定されることない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で様々変形を施したものも本発明の範囲内に含まれる。
【００９７】
例えば、上記実施の形態では、２層積層構造のブラックフィルタ層を形成する場合、分光透過特性の異なる２種類の材料からなるブラックフィルタ層を積層した。しかしながら、緑色フィルタ層と赤色フィルタ層、緑色フィルタ層と青色フィルタ層、青色フィルタ層と赤色フィルタ層等の組み合わせによってブラックフィルタ層を形成してもよい。
【００９８】
また、上記実施の形態では、固体撮像装置は、ＣＣＤ型での３板式固体撮像装置であるとしたが、これに限定されるものではない。すなわち、固体撮像装置は、必要に応じてさらに原色カラーフィルタ、補色カラーフィルタ層が形成される、単板式固体撮像装置や、ＭＯＳ型等の増幅型固体撮像装置であってもよい。
【００９９】
また、上記実施の形態では、マイクロレンズ下の平坦化は、アクリル系の熱硬化型透明樹脂を塗布し、ベークを複数回繰り返し、その後エッチバック法によりエッチングを施して平坦化層を形成することにより行うとした。しかしながら、マイクロレンズ下の平坦化は、感光性透明膜を塗布後に露光及び現像処理を行いブラックフィルタ層以外の凹部を埋め込む、透明膜を塗布後に熱フロー処理により平坦化する、又はこれらを複合化して行ってもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
本発明は、固体撮像装置及びその製造方法に利用でき、特に積層構造及び単層構造の転送電極を有する固体撮像装置及びその製造方法に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０１】
【図１】（Ａ）本発明の実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図２】（Ａ）同実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図３】（Ａ）同実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図４】同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図５】同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図６】同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図７】同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図８】同実施の形態に係る固体撮像装置の製造方法を説明するための図である。
【図９】（Ａ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１０】（Ａ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１１】（Ａ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同実施の形態に係る固体撮像装置の変形例の断面図（垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１２】単層構造のカーボン系のブラックフィルタ層、単層構造の顔料系のブラックフィルタ層、及び積層構造のブラックフィルタ層の透過分光特性を示す図である。
【図１３】（Ａ）従来の固体撮像装置の断面図（各画素を水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同固体撮像装置の断面図（各画素を垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１４】（Ａ）同固体撮像装置の第１の転送電極膜の平面図である。（Ｂ）同固体撮像装置の第２の転送電極膜の平面図である。
【図１５】同固体撮像装置の第１の転送電極膜及び第２の転送電極膜の平面図である。
【図１６】同固体撮像装置の透明平坦化膜下方に位置する部分の層構造を示す断面図である。
【図１７】（Ａ）特許文献２に記載の固体撮像装置の断面図（各画素を水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同固体撮像装置の断面図（各画素を垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１８】（Ａ）同固体撮像装置の断面図（各画素を水平方向に切断して得られた断面図）である。（Ｂ）同固体撮像装置の断面図（各画素を垂直方向に切断して得られた断面図）である。
【図１９】顔料系のブラックフィルタ層の透過分光特性を示す図である。
【図２０】カーボン系のブラックフィルタ層の透過分光特性を示す図である。
【符号の説明】
【０１０２】
１０、１０Ａ    固体撮像装置
１１    半導体基板
１２    半導体ウエル層
１３    光電変換素子
１４    ゲート絶縁膜
１５    第１の転送電極膜
１５Ａ    第２の転送電極膜
１６    第１層間絶縁膜
１７    金属遮光膜
１８    第２層間絶縁膜
１９    透明膜
２０    顔料系のブラックフィルタ層
２１    カーボン系のブラックフィルタ層
２２、２４    透明平坦化膜
２３    マイクロレンズ
３０    遮光膜
１０３    顔料系のブラックレジスト
１０４、１０６    フォトマスク
１０５    カーボン系のブラックレジスト
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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